之前談過高并發編程系列：4種常用Java線程鎖的特點，性能比較、使用場景?，以及高并發編程系列：ConcurrentHashMap的實現原理(JDK1.7和JDK1.8)?

今天主要介紹concurrent包的內容以及4大并發工具類。

Java并發工具包

1.并發工具類

提供了比synchronized更加高級的各種同步結構：包括CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等，可以實現更加豐富的多線程操作。

2.并發容器

提供各種線程安全的容器：最常見的ConcurrentHashMap、有序的ConcurrentSkipListMap,實現線程安全的動態數組CopyOnWriteArrayList等。

3.并發隊列

各種BlockingQueue的實現：常用的ArrayBlockingQueue、SynchorousQueue或針對特定場景的PriorityBlockingQueue。

4.Executor框架

可以創建各種不同類型的線程池，調度任務運行等，絕大部分情況下，不再需要自己從頭實現線程池和任務調度器。

Java常用的并發容器

1.ConcurrentHashMap

經常使用的并發容器，JDK 1.7和1.8的底層數據結構發生了變化（后續文章會詳解），這里可以建議學習順序如下：從Java7 HashMap -> Java7 ConcurrentHashMap -> Java8 HashMap -> Java8 ConcurrentHashMap，這樣可以更好的掌握這個并發容器，畢竟都是從HashMap進化而來。

2.ConcurrentSkipListMap

在乎順序，需要對數據進行非常頻繁的修改

3.CopyOnWrite容器

CopyOnWrite容器即寫時復制的容器。從JDK1.5開始Java并發包里提供了兩個使用CopyOnWrite機制實現的并發容器,CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet。

4.各種并發隊列的實現

如各種BlockedQueue實現，比較典型的ArrayBlockingQueue、SynchorousQueue。

詳情請看：高并發編程系列：并發容器的原理，7大并發容器詳解、及使用場景

Java常用的并發工具類

1.CountDownLatch

1）功能

CountDownLatch是一個同步的輔助類，允許一個或多個線程，等待其他一組線程完成操作，再繼續執行。

2）原理：

• CountDownLatch是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值為需要等待線程的數量。

eg：CountDownLatch c = new CountDownLatch（10）; // 等待線程的數量為10

• 主線程調用CountDownLatch的await（）方法會阻塞當前線程（即:主線程在閉鎖上等待），直到計數器的值為0。
• 當一個工作線程完成了自己的任務后，調用CountDownLatch的countDown（）方法，計數器的值就會減1。
• 當計數器值為0時，說明所有的工作線程都執行完了，此時，在閉鎖上等待的主線程就可以恢復執行任務。

3）應用場景

倒數計時器

例如：一種典型的場景就是火箭發射。在火箭發射前，為了保證萬無一失，往往還要進行各項設備、儀器的檢查。 只有等所有檢查完畢后，引擎才能點火。這種場景就非常適合使用CountDownLatch。

它可以使得點火線程，等待所有檢查線程全部完工后，再執行

4）使用方式

static final CountDownLatch end = new CountDownLatch（10）; end.countDown（）; end.await（）;

5）示意圖：

2.CyclicBarrier

1）功能:

CyclicBarrier的字面意思是可循環使用（Cyclic）的屏障（Barrier）。它要做的事情是，讓一組線程到達一個屏障（也可以叫同步點）時被阻塞，直到最后一個線程到達屏障時，屏障才會開門，所有被屏障攔截的線程才會繼續運行。

和CountDownLatch相似，也是等待某些線程都做完以后再執行。

2）與CountDownLatch區別

在于這個計數器可以反復使用。比如，假設我們將計數器設置為10。那么湊齊第一批1 0個線程后，計數器就會歸零，然后接著湊齊下一批10個線程。

3）原理

1）CyclicBarrier是通過一個計數器來實現的，計數器的初始值為需要等待線程的數量。eg：CyclicBarrier c = new CyclicBarrier（2）; // 等待線程的數量為2

2）每個線程調用CyclicBarrier的await（）方法，使自己進入等待狀態。

3）當所有的線程都調用了CyclicBarrier的await（）方法后，所有的線程停止等待，繼續運行。

4）使用方式

public CyclicBarrier（int parties, Runnable barrierAction） barrierAction就是當計數器一次計數完成后，系統會執行的動作 await（）

5）示意圖：

3.信號量Semaphore

1）功能：Java提供了經典信號量Semaphore的實現，它通過控制一定數量的許可（permit）的方式，來達到限制通用資源訪問的目的。例如：控制并發的線程數。

2）原理：

1）Semaphore是通過一個計數器（記錄許可證的數量）來實現的，計數器的初始值為需要等待線程的數量。

eg：Semaphore s = new Semaphore（10）; // 線程最大的并發數為10

2）線程通過acquire（）方法獲取許可證（計數器的值減1），只有獲取到許可證才可以繼續執行下去，否則阻塞當前線程。

3）線程通過release（）方法歸還許可證（計數器的值加1）。

說明：使用tryAcquire（）方法可以立即得到執行的結果：嘗試獲取一個許可證，若獲取成功，則立即返回true，若獲取失敗，則立即返回false。

3）應用場景：

Semaphore可以用于做流量控制，特別是公用資源有限的應用場景，比如數據庫連接。

舉一個場景：例如在車站、機場等出租車時，當很多空出租車就位時，為防止過度擁擠，調度員指揮排隊等待坐車的隊伍一次進來5個人上車，等這5個人坐車出發，再放進去下一批。這和Semaphore的工作原理有些類似。

4.交換者Exchanger

1）功能：Exchanger（交換者）是一個用于線程間協作的工具類。Exchanger用于進行線程間的數據交換。它提供一個同步點，在這個同步點兩個線程可以交換彼此的數據。這兩個線程通過exchange方法交換數據，
如果第一個線程先執行exchange方法，它會一直等待第二個線程也執行exchange，當兩個線程都到達同步點時，這兩個線程就可以交換數據，將本線程生產出來的數據傳遞給對方。

2）原理：

線程A調用public V exchange（V dataA）方法，線程A到達同步點，并且在線程B到達同步點前一直等待。

線程B調用public V exchange（V dataB）方法，線程B到達同步點。

線程A與線程B都達到同步點時，線程將自己的數據傳遞給對方，兩個線程完成了數據的交換了。

3）Exchanger的應用場景

Exchanger可以用于校對工作的場景。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java多线程系列(九)：CountDownLatch、Semaphore等4大并发工具类详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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